CN113439144A - 监控装置以及工程机械 - Google Patents

Abstract

一种监控装置，基于形状数据计算坡面相对于工程机械的接地面的倾斜角度即第一坡面角度；检测接地面相对于水平面的倾斜角度即接地面角度；将第一坡面角度与接地面角度相加，计算坡面相对于水平面的倾斜角度即第二坡面角度；计算下部行走体的长度方向相对于坡面的倾斜方向的相对角度；在第二坡面角度大于第一阈值并且相对角度大于第二阈值的情况下，判断工程机械处于不稳定状态。

Description

监控装置以及工程机械

技术领域

本发明涉及一种监控工程机械的状态的监控装置以及工程机械。

背景技术

近年来已知有一种技术具备以下功能，在液压挖掘机等工程机械检测其周围的地面的形状，并根据检测出的形状判断工程机械的稳定性，从而可以预防倾倒。

例如，专利文献1提出了一种挖掘机，其基于与挖掘机的当前位置以及朝向有关的信息、挖掘机附属部件的当前的姿势、与作业对象地面的当前的形状有关的信息以及操作人员的操作内容，对在规定时间之后的挖掘机的姿势进行预测并计算出挖掘机稳定性。

由于坡面(slope)不稳定，当工程机械在坡面的路肩进行作业的情况下，如果工程机械进行行走转弯等动作则坡面就会塌陷可能会导致工程机械倾倒。特别是在陡峭的坡面其路肩还倾斜的情况下，路肩塌陷的可能性变高，工程机械倾倒的可能性也变高。因此，当工程机械在路肩上进行作业的情况下，需要监控工程机械的稳定状态从而预防倾倒。

在专利文献1中，由于并没有设想工程机械会在坡面的倾斜的路肩上进行作业，所以不会产生上述的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利公开公报特开2016-172963号。

发明内容

本发明是为了解决上述的问题而做出的发明，其目的在于提供一种能够正确地判断在坡面的倾斜的路肩上进行作业的工程机械是否处于不稳定状态的监控装置以及工程机械。

本发明的发明人对在坡面进行作业的工程机械的稳定性进行了研究，获得了以下的发现。在坡面的路肩为倾斜的情况下，在路肩上进行作业的工程机械随着坡面的倾斜方向与下部行走体的长度方向之间形成的角度接近90度而变成不稳定状态。这是因为构成下部行走体的履带的边缘成为支点对地面施加的负荷变得过大，坡面塌陷的可能性变高。

在路肩处于倾斜的情况下，即使相对于路肩的倾斜角度是比较平缓的坡面，因为只要该路肩相对于水平面的倾斜角度陡峭，则该坡面相对于水平面的倾斜角度就变得陡峭，所以坡面塌陷的可能性就会变高。

当工程机械在这样的坡面的路肩上进行作业的情况下，安装在工程机械上的形状传感器检测出的形状数据不是以水平面为基准而是以工程机械的接地面为基准而测量出的数据。为此，形状传感器检测出的形状数据所示的坡面的倾斜角度表示为平缓的倾斜角度。然而，这样一来，就无法正确地判断工程机械的不稳定状态。本发明的发明人着眼于这些发现想到了本发明。

本发明的一实施方式涉及的监控装置，是监控具有长度方向的工程机械的状态的监控装置，所述工程机械具备沿着所述长度方向行走的下部行走体、相对于所述下部行走体可回转地构成的上部回转体、设置在所述上部回转体的作业装置，所述监控装置包括：获取部，获取表示所述工程机械的周围的地形的形状的形状数据；第一坡面角度计算部，基于所述形状数据计算坡面相对于所述工程机械的接地面的倾斜角度即第一坡面角度；倾斜传感器，检测所述接地面相对于水平面的倾斜角度即接地面角度；第二坡面角度计算部，将所述第一坡面角度与所述接地面角度相加，计算所述坡面相对于所述水平面的倾斜角度即第二坡面角度；相对角度计算部，计算所述下部行走体的长度方向相对于所述坡面的倾斜方向的相对角度；以及，状态判断部，在所述第二坡面角度大于第一阈值并且所述相对角度大于第二阈值的情况下，判断所述工程机械处于不稳定状态，并输出表示判断结果的判断信号。

附图说明

图1是表示作为搭载了本发明的实施方式涉及的监控装置的工程机械的例子的液压挖掘机的示意图。

图2是图1所示的液压挖掘机的方框图。

图3是表示在本实施方式、适用了判断液压挖掘机是否处于不稳定状态的场面的一个例子的示意图。

图4是表示在本实施方式、适用了判断液压挖掘机是否处于不稳定状态的场面的另一个例子的示意图。

图5是俯视位于路肩的液压挖掘机的俯视图。

图6是表示图2所示的液压挖掘机的动作的流程图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。

图1是表示作为搭载了本发明的实施方式涉及的监控装置的工程机械的例子的液压挖掘机1的示意图。该液压挖掘机1具备：可以在地面G上行走的下部行走体10、搭载在下部行走体10上的上部回转体12、搭载在上部回转体12上的作业装置14。在此，对监控装置适用于液压挖掘机1的构成进行例示，但是本发明并不局限于此。例如，只要是液压起重机等的具备下部行走体、上部回转体以及作业装置的工程机械，监控装置可以适用于任何的工程机械。

在本实施方式，将垂直于地面G的上侧的方向称为上方，将下侧的方向称为下方，将上方以及下方总称为上下方向。将下部行走体10前进的方向称为前方，将下部行走体10后退的方向称为后方，将前方以及后方总称为前后方向。将分别与上下方向以及前后方向垂直相交的方向称为左右方向。将从后方向前方看去在左右方向的左侧称为左方、将右侧称为右方。下部行走体10在前后方向的长度比左右方向的长度长。为此，下部行走体10的长度方向朝向前后方向。

下部行走体10以及上部回转体12构成支撑作业装置14的机体。上部回转体12具有回转框架16和搭载在其上的多个部件。该多个部件包含收容发动机的发动机室17以及作为驾驶室的驾驶台18。下部行走体10具有长度方向，在长度方向上进行行走。下部行走体10由一对履带构成。上部回转体12可回转地安装在下部行走体上。

作业装置14可以进行用于进行挖掘作业以及其它的必要的作业的动作。作业装置14包含动臂21、斗杆22以及铲斗23。动臂21具有基端部和在其相反侧的远端部。动臂21的基端部被回转框架16的前端可起伏地支撑。即，动臂21的基端部被支撑成相对于回转框架16的前端可绕水平轴转动。斗杆22具有基端部和在其相反侧的远端部。斗杆22的基端部被安装成相对于动臂21的远端部可绕水平轴转动。铲斗23被安装成相对于斗杆22的远端部可转动。

动臂21、斗杆22以及铲斗23分别安装有动臂缸C1、斗杆缸C2以及铲斗缸C3。动臂缸C1、斗杆缸C2以及铲斗缸C3分别由多个可伸缩液压缸构成。

动臂缸C1介于上部回转体12和动臂21之间。动臂缸C1通过伸缩使动臂21进行起伏动作。斗杆缸C2介于动臂21与斗杆22之间。斗杆缸C2通过伸缩使斗杆22进行转动动作。铲斗缸C3介于斗杆22和铲斗23之间。铲斗缸C3通过伸缩使铲斗23进行转动动作。

图2是图1所示的液压挖掘机1的方框图。液压挖掘机1具备：控制器100、形状传感器101、倾斜传感器102、姿势传感器103、回转传感器104、动臂操作装置105、斗杆操作装置106、铲斗操作装置107、回转操作装置108、行走操作装置109、警报装置130以及液压回路200。

液压回路200除了图1所示的动臂缸C1、斗杆缸C2、铲斗缸C3以外，还包含回转马达M1、左右一对行走马达M2L、M2R、一对动臂电磁阀V1、一对斗杆电磁阀V2、一对铲斗电磁阀V3、一对回转电磁阀V4、左侧的一对行走电磁阀V5L、右侧的一对行走电磁阀V5R、动臂控制阀V6、斗杆控制阀V7、铲斗控制阀V8、回转控制阀V9、左右一对行走控制阀V10L、V10R。并且，液压回路200还包含被未图示的发动机的动力驱动的将工作油供给到每个致动器的液压泵和经由先导管线将先导压发送到每个切换阀的先导端口的先导泵。

动臂缸C1通过接受来自液压泵的工作油的供给进行伸缩，使动臂21进行动臂上升动作和动臂下降动作。

斗杆缸C2通过接受来自液压泵的工作油的供给进行伸缩，使斗杆22进行收斗杆动作和推斗杆动作。

铲斗缸C3通过接受来自液压泵的工作油的供给进行伸缩，使铲斗23进行铲斗挖取动作和铲斗展开动作。

回转马达M1具有通过接受来自液压泵的工作油的供给可向双方向进行旋转动作的马达输出轴。回转马达M1使连接到该马达输出轴的上部回转体12进行向左回转动作或者向右回转动作。

行走马达M2L以及行走马达M2R分别具有通过接受来自液压泵的工作油的供给向双方向进行旋转动作的马达输出轴。行走马达M2L以及行走马达M2R分别使连接到该马达输出轴的下部行走体10进行前进动作或者后退动作。通过让行走马达M2L以及行走马达M2R以同一速度进行旋转，下部行走体10前进或者后退。另一方面，通过让行走马达M2L以及行走马达M2R以不同的速度进行旋转，下部行走体10回转。

动臂控制阀V6由具有一对动臂先导端口的液压先导切换阀构成。动臂控制阀V6使动臂先导压输入到该一对动臂先导端口之中的某一个端口。动臂控制阀V6以与被输入的动臂先导压的大小对应的行程向与被输入了动臂先导压的动臂先导端口对应的方向打开阀门。由此，动臂控制阀V6使对动臂缸C1供给工作油的方向以及流量发生变化。

斗杆控制阀V7由具有一对斗杆先导端口的液压先导切换阀构成。斗杆控制阀V7使斗杆先导压输入到该一对斗杆先导端口之中的某一个端口。斗杆控制阀V7以与被输入的斗杆先导压的大小对应的行程向与被输入了斗杆先导压的斗杆先导端口对应的方向打开阀门。由此，斗杆控制阀V7使对斗杆缸C2供给工作油的方向以及流量发生变化。

铲斗控制阀V8由具有一对铲斗先导端口的液压先导切换阀构成。铲斗控制阀V8使铲斗先导压输入到该一对铲斗先导端口之中的某一个端口。铲斗控制阀V8以与被输入的铲斗先导压的大小对应的行程向与输被入了铲斗先导压的铲斗先导端口对应的方向打开阀门。由此，铲斗控制阀V8使对铲斗缸C3供给工作油的方向以及流量发生变化。

回转控制阀V9由具有一对回转先导端口的液压先导切换阀构成。回转控制阀V9使回转先导压输入到该一对回转先导端口之中的某一个端口。回转控制阀V9以与被输入的回转先导压的大小对应的行程向与被输入了回转先导压的回转先导端口对应的方向打开阀门。由此，回转控制阀V9使对回转马达M1供给工作油的方向以及流量发生变化。

行走控制阀V10L、V10R分别由具有一对行走先导端口的液压先导切换阀构成。行走控制阀V10L、V10R之中的每一个使行走先导压输入到该一对行走先导端口之中的某一个端口。行走控制阀V10L、V10R之中的每一个控制阀以与被输入的行走先导压的大小对应的行程向与被输入了行走先导压的行走先导端口对应的方向打开阀门。由此，行走控制阀V10L、V10R之中的每一个控制阀使对行走马达M2L、M2R供给工作油的方向以及流量发生变化。

一对动臂电磁阀V1由分别介于先导泵和动臂控制阀V6的一对动臂先导端口之间的电磁阀构成。一对动臂电磁阀V1接受作为电信号的动臂指令信号的输入进行开闭动作。接收到动臂指令信号的输入的一对动臂电磁阀V1以与动臂指令信号相对应的程度调节所述动臂先导压。

一对斗杆电磁阀V2由分别介于先导泵和斗杆控制阀V7的一对斗杆先导端口之间的电磁阀构成。一对斗杆电磁阀V2接受作为电信号的斗杆指令信号的输入并进行开闭动作。接收到斗杆指令信号的输入的一对斗杆电磁阀V2以与该斗杆指令信号相对应的程度调节所述斗杆先导压。

一对铲斗电磁阀V3由分别介入先导泵和铲斗控制阀V8的一对斗杆先导端口之间的电磁阀构成。一对铲斗电磁阀V3接受作为电信号的铲斗指令信号的输入并进行开闭动作。接收到铲斗指令信号的输入的一对铲斗电磁阀V3以与该铲斗指令信号相对应的程度调节所述铲斗先导压。

一对回转电磁阀V4由分别介于先导泵和回转控制阀V9的一对回转先导端口之间的电磁阀构成。一对回转电磁阀V4接受作为电信号的回转指令信号的输入进行开闭动作。接收了回转指令信号的输入的回转电磁阀V4以与该回转指令信号相对应的程度调节所述回转先导压。

一对行走电磁阀V5L由分别介于先导泵和行走控制阀V10L的一对行走先导端口之间的电磁阀构成。一对行走电磁阀V5L接受作为电信号的回转指令信号的输入进行开闭动作。接收到行走指令信号的输入的一对行走电磁阀V5L以与该行走指令信号相对应的程度调节所述行走先导压。

一对行走电磁阀V5R由分别介于先导泵和行走控制阀V10R的一对行走先导端口之间的电磁阀构成。一对行走电磁阀V5R接受作为电信号的回转指令信号的输入进行开闭动作。接收了行走指令信号的输入的一对行走电磁阀V5R以与该行走指令信号相对应的程度调节所述行走先导压。

形状传感器101（获取部的一个例子）检测表示液压挖掘机1的周围的地形的距离分布的形状数据。形状传感器101包含例如LIDAR（Light detection and ranging）等的三维测距传感器。形状传感器101也可以包含除了LIDAR以外的利用红外线的测距传感器以及利用超声波的测距传感器等能够测量距离分布的任意一种传感器。在本实施方式，形状传感器101以使视角(angle of view)的中心线朝向斜下前方的方式被安装在例如上部回转体12、作业装置14或下部行走体10。在以下的说明中，以形状传感器101如图3所示被安装在作业装置14的下面为例进行说明。形状数据例如是表示从形状传感器101到地形为止的深度的深度数据以矩阵形状排列的距离图像数据。

倾斜传感器102检测下部行走体10的接地面相对于水平面的倾斜角度即接地面角度。倾斜传感器102包含例如具有加速度传感器以及角速度传感器的功能的惯性传感器。倾斜传感器102基于惯性传感器的检测信号通过捷联方式(strapped-down method)等检测接地面角度。

姿势传感器103检测作业装置14的姿势。姿势传感器103包含图1所示的动臂角度传感器61、斗杆角度传感器62以及铲斗角度传感器63。动臂角度传感器61检测动臂21相对于上部回转体12的旋转角。斗杆角度传感器62检测斗杆22相对于动臂21的旋转角。铲斗角度传感器63检测铲斗23相对于斗杆22的旋转角。动臂角度传感器61、斗杆角度传感器62以及铲斗角度传感器63分别由旋转变压器或旋转编码器(resolver or rotary encoder)等构成。

回转传感器104检测上部回转体12相对于下部行走体10的回转角度。回转传感器104例如由旋转变压器或旋转编码器等构成。

动臂操作装置105由电动杆装置构成。该电动杆装置包含接受来自操作人员的用于进行动臂上升动作或动臂下降动作的操作的动臂操作杆、将动臂操作杆的操作量输入到控制器100的操作信号生成部。

斗杆操作装置106由电动杆装置构成。该电动杆装置包含接受来自操作人员的用于进行收斗杆动作或推斗杆动作的操作的斗杆操作杆、将斗杆操作杆的操作量输入到控制器100的操作信号生成部。

铲斗操作装置107由电动杆装置构成。该电动杆装置包含接受来自操作人员的用于进行铲斗挖取动作或铲斗展开动作的操作的铲斗操作杆、将铲斗操作杆的操作量输入到控制器100的操作信号生成部。

回转操作装置108由电动杆装置构成。该电动杆装置包含接受来自操作人员的用于使上部回转体12右旋或者左旋的操作的回转操作杆、将回转操作杆的操作量输入到控制器100的操作信号生成部。

行走操作装置109由电动杆装置构成。该电动杆装置包含接受来自操作人员的用于使下部行走体10前进或者后退的操作的行走操作杆、将行走操作杆的操作量输入到控制器100的操作信号生成部。

控制器100例如由微型计算机构成。控制器100具备运算部110以及指令部120。运算部110承担判断液压挖掘机1是否处于不稳定状态的功能。指令部120承担控制液压回路所包含的各个部件的动作的功能。

指令部120具备动臂指令部121、斗杆指令部122、铲斗指令部123、回转指令部124以及行走指令部125。动臂指令部121将与动臂操作装置105的操作量对应的值的动臂指令信号输入到一对动臂电磁阀V1。由此，动臂电磁阀V1的开度被设定成与动臂操作装置105的操作量相对应的开度。

斗杆指令部122将与斗杆操作装置106的操作量对应的值的斗杆指令信号输入到一对斗杆电磁阀V2。由此，斗杆电磁阀V2的开度被设定成与斗杆操作装置106的操作量相对应的开度。

铲斗指令部123将与铲斗操作装置107的操作量对应的值的铲斗指令信号输入到一对铲斗电磁阀V3。由此，铲斗电磁阀V3的开度被设定成与铲斗操作装置107的操作量相对应的开度。

回转指令部124将与回转操作装置108的操作量对应的值的回转指令信号输入到回转电磁阀V4。由此，回转电磁阀V4的开度被设定成与回转操作装置108的操作量相对应的开度。

行走指令部125将与行走操作装置109的操作量对应的值的行走指令信号输入到一对行走电磁阀V5L以及一对行走电磁阀V5R。由此，一对行走电磁阀V5L以及一对行走电磁阀V5R的开度被分别设定成与行走操作装置109的操作量相对应的开度。

运算部110包含第一坡面角度计算部111、第二坡面角度计算部112、状态判断部113、相对角度计算部114以及限制部115。第一坡面角度计算部111基于形状传感器101检测出的形状数据计算第一坡面角度。

图3是表示在本实施方式适用判断液压挖掘机1是否处于不稳定状态的场面的一个例子的示意图。以下，利用图3对第一坡面角度计算部111的处理进行说明。液压挖掘机1在坡面301的路肩302进行作业。坡面301是通过砌土或填土而形成的人工倾斜面。路肩302是与坡面301的上端相连的面。路肩302相对于水平面303向坡面301侧倾斜。第一坡面角度θ1是坡面301相对于液压挖掘机1的接地面SA的倾斜角度。在此，因为液压挖掘机位于路肩302，所以接地面SA就是路肩302。

图5是俯视位于路肩302的液压挖掘机1的俯视图。在图5中，L0表示下部行走体10的长度方向。L1表示坡面301的倾斜方向。L2表示作业装置14的长度方向即上部回转体12的长度方向。α表示下部行走体10的长度方向L0相对于坡面301的倾斜方向L1的相对角度。β表示上部回转体12相对于下部行走体10的长度方向L0的回转角度。在此，相对角度α以坡面301的倾斜方向L1为基准顺时针为正，回转角度为β以下部行走体10的长度方向L0为基准顺时针为正。

首先，第一坡面角度计算部111将形状传感器101检测出的形状数据变换成液压挖掘机1的坐标系500。坐标系500例如是以长度方向L0（前后方向）为X轴，左右方向为Y轴，上下方向为Z轴的三维的正交坐标系。由于形状传感器101被安装在作业装置14，形状传感器101在坐标系500中的位置根据作业装置14的姿势以及回转角度β而变化。

在此，第一坡面角度计算部111，利用姿势传感器103的检测信号和回转传感器104检测出的回转角度β，计算形状传感器101在坐标系500中的位置。第一坡面角度计算部111，根据计算出的形状传感器101的位置确定形状传感器101的坐标系和坐标系500之间的相对位置关系，并基于所确定的相对位置关系将形状传感器101检测出的形状数据变换成坐标系500的形状数据。

另外，在形状传感器101被配置在上部回转体12的情况下，在将形状传感器101检测出的形状数据变换成坐标系500的形状数据之际，需要回转角度β，但不需要姿势传感器103的检测信号。在形状传感器101被配置在下部行走体10的情况下，形状传感器101在坐标系500中的位置恒定。为此，在将形状数据变换成坐标系500的形状数据之际，不需要姿势传感器103的检测信号和回转角度β。

其次，第一坡面角度计算部111根据变换成坐标系500的形状数据计算第一坡面角度θ1。在这种情况下，第一坡面角度计算部111从形状数据中检测出下部行走体10的接地面SA的边界线L3，将隔着边界线L3位于接地面SA的相反侧的规定范围的区域作为坡面候选区域而提取。其次，第一坡面角度计算部111将与边界线L3正交的方向作为坡面301的倾斜方向L1进行设定，从坡面候选区域提取与倾斜方向L1平行的一条线上的数据组，求出所提取的数据组的回归直线(regression line)。其次，第一坡面角度计算部111计算出该回归直线相对于XY平面的角度即相对于接地面SA的角度作为第一坡面角度θ1。此时，第一坡面角度计算部111可以进行如下判断，即，如果回归直线的决定系数在规定的值以下就判断在形状数据中不包含坡面301，如果决定系数大于规定的值就判断包含坡面301。

或者，第一坡面角度计算部111从坡面候选区域提取与倾斜方向L1平行的多条线上的数据组，对多条线中的每一条线求出回归直线，对多条回归直线中的每一条回归直线计算相对于接地面SA的多个角度。而且，第一坡面角度计算部111可以进行如下判断，即，如果各角度位于一定的角度范围内并且多个回归直线的各自的决定系数大于规定的阈值，就判断在形状数据中包含坡面301。而且，在这种情况下，第一坡面角度计算部111也可以计算出各回归直线相对于接地面SA的角度的平均值作为第一坡面角度θ1。

返回参照图2。第二坡面角度计算部112将用倾斜传感器102检测出的接地面角度θ0加算到用第一坡面角度计算部111计算出的第一坡面角度θ1从而计算出第二坡面角度θ2。参照图3。第二坡面角度θ2是坡面301相对于水平面303的倾斜角度。接地面角度θ0是接地面SA（路肩302）相对于水平面303的倾斜角度。另一方面，第一坡面角度θ1是相对于接地面SA的坡面角度。因此，通过将接地面角度θ0加算到第一坡面角度θ1可以计算出坡面301相对于水平面303的倾斜角度即第二坡面角度θ2。

相对角度计算部114，参照图5，基于形状传感器101检测出的形状数据，计算下部行走体10的长度方向L0相对于坡面301的倾斜方向L1的相对角度α。在此，相对角度计算部114与第一坡面角度计算部111同样，将形状数据变换成在液压挖掘机1的坐标系500下的形状数据，并根据变换后的形状数据计算坡面301的倾斜方向L1。而且，相对角度计算部114通过计算将坡面301的倾斜方向L1投影到X－Y平面的倾斜方向L1’与下部行走体10的长度方向L0之间形成的角度，就可以计算出相对角度α。另外，相对角度计算部114也可以利用第一坡面角度计算部111转换的形状数据计算出相对角度α。

状态判断部113判断是否为第二坡面角度θ2大于第一阈值并且相对角度计算部114计算出的相对角度α大于第二阈值。而且，状态判断部113，在第二坡面角度θ2大于第一阈值并且相对角度α大于第二阈值的情况下，判断液压挖掘机1处于不稳定状态，并输出表示判断结果的判断信号。另一方面，状态判断部113，当第二坡面角度θ2在第一阈值以下，或者，相对角度α在第二阈值以下的情况下，判断液压挖掘机1处于稳定状态，并输出表示判断结果的判断信号。

参照图5，由于下部行走体10在前后方向较长，相对角度α越接近90度液压挖掘机1就越不稳定。为此，作为第二阈值采用小于90度的例如80度、75度、60度这样的角度。而且，第二坡面角度θ2越接近90度液压挖掘机1就越不稳定。为此，作为第一阈值采用小于90度的例如80度、75度、60度这样的角度。

图4是表示在本实施方式适用判断液压挖掘机1是否处于不稳定状态的场面的另一个例子的示意图。在图3中，下部行走体10的相对角度α为0度，上部回转体12的回转角度β为0度。然而，在图4中，下部行走体10的相对角度α为90度，上部回转体的回转角度β为90度。为此，使液压挖掘机1趋于倾倒的逆时针的力矩在图4的情况下比在图3的情况下大。因此，当上部回转体12的长度方向L2相对于坡面301的倾斜方向L1的回转角度越接近0度则液压挖掘机1倾倒的可能性就越高。

因此，在本实施方式，状态判断部113，参照图5，基于回转角度β（第一回转角度的一个例子）和相对角度α，计算上部回转体12的长度方向L2相对于坡面301的倾斜方向L1的回转角度γ（第二回转角度的一个例子）。而且，因为回转角度γ越接近0度液压挖掘机1倾倒的可能性就越高，状态判断部113将第一阈值和第二阈值之中的至少其中之一设定成较小。

而且，使液压挖掘机1趋于倾倒的力矩随着作业装置14的远端位置远离上部回转体12而变大。

在此，状态判断部113也可以随着作业装置14的远端位置远离上部回转体12将第一阈值以及第二阈值之中的至少其中之一设定成较小。

而且，第二坡面角度θ2越接近90度则液压挖掘机1就越接近不稳定，如果再进一步增大相对角度α则液压挖掘机1就会变得更不稳定。为此，也可以在将第一阈值和第二阈值之中的其中之一相对地较高地设定的情况下将另一方相对地较小地设定。

另外，参照图3，如果从液压挖掘机1到坡面301的距离在规定距离以上，坡面301塌陷的可能性就会降低。在此，状态判断部113也可以根据形状数据计算从液压挖掘机1到坡面301的距离，仅在该距离为规定距离以下的情况下执行判断是否处于不稳定状态的处理。

限制部115，在通过状态判断部113输出了表示液压挖掘机1处于不稳定状态的判断信号的情况下，限制下部行走体10的行走动作。在这种情况下，限制部115禁止下部行走体10向不稳定状态的程度增大的方向的行走动作，允许下部行走体10向不稳定状态的程度减少的方向的行走动作。

参照图3，由于坡面301在与路肩302的边界附近容易塌陷，随着边界附近的负重增大，坡面301塌陷的可能性就变高。因此，在图3的场合，在下部行走体10前进、前进右转、前进左转的情况下，下部行走体10的履带的边缘成为支点从而施加在地面上的负荷过大，坡面塌陷的可能性变高从而不稳定状态的程度增大。另一方面，在图3的场合，在下部行走体10后退、后退右转、后退左转的情况下，由于边界附近的负重减少，坡面301不稳定状态的程度减少。

而且，在图4的场合，在下部行走体10一边前进一边向左右回转的情况下以及一边后退一边向左右回转的情况下，由于边界附近的负重增大，不稳定状态的程度增大。另一方面，在图4的场合，由于即使前进以及后退边界附近的负重不会增大，不稳定状态的程度不会增大。

无论怎样，在下部行走体10向接近坡面301侧移动的情况下，就认为不稳定状态的程度会增大。

在此，限制部115，将下部行走体10向坡面301侧移动的方向确定为不稳定状态的程度变高的方向，在对行走操作装置109输入了使下部行走体10向该方向移动的操作的情况下，禁止下部行走体10的动作。另一方面，限制部115，在对行走操作装置109输入了使下部行走体10向不稳定状态的程度减少的方向移动的操作的情况下，只需使下部行走体10的动作减速即可。而且，在对行走操作装置109输入了使下部行走体10向不稳定状态的程度没有变化的方向移动的操作的情况下，限制部115只需使下部行走体10的动作减速即可。在此，限制部115也可以利用预先存储了操作的表格判断是否禁止下部行走体10的动作，其中，所述操作是与让下部行走体10向不稳定状态的程度变高的方向移动的相对角度α相对应的操作。

限制部115禁止或限制下部行走体10的动作的处理例如如下所示。限制部115，在行走操作装置109被输入了使不稳定状态的程度变高的操作的情况下，向行走指令部125输入禁止请求。由此，行走指令部125，不管行走操作装置109的操作量如何，都向行走指令部125输入使一对行走电磁阀V5L以及一对行走电磁阀V5R闭阀的行走指令。由此，行走动作被禁止。另一方面，限制部115，在行走操作装置109被输入了不会使不稳定状态的程度变高的操作的情况下，向行走指令部125输入减速请求。由此，行走指令部125，使具有与行走操作装置109的操作量相对应的值的行走指令以规定的衰减比例衰减，并将其输入到一对行走电磁阀V5L以及一对行走电磁阀V5R。由此，一对行走电磁阀V5L以及一对行走电磁阀V5R的开度和与操作量相对应的开度相比减少，行走动作被减速。

警报装置130包含被设置在驾驶室18的输出蜂鸣音的扬声器、发出使光点亮的警报的警报灯以及显示警报消息的显示装置的至少其中之一。而且，警报装置130，在通过状态判断部113输出了表示液压挖掘机1处于不稳定状态的判断信号的情况下，通过执行使扬声器输出蜂鸣音、使警报灯点亮以及让显示装置显示警报消息的至少其中之一，向操作人员报告液压挖掘机1处于不稳定状态。

图6是表示图2所示的液压挖掘机1的动作的流程图。假设该处理是液压挖掘机1正在工作，以规定的周期反复执行的处理。首先，倾斜传感器102检测接地面SA相对于水平面303的倾斜角度即接地面角度θ0（S1）。其次，形状传感器101获取表示液压挖掘机1的周围的地形的距离分布的形状数据（S2）。其次，第一坡面角度计算部111将所获取的形状数据从形状传感器101的坐标系变换成液压掘机1的坐标系500（S3）。

其次，第一坡面角度计算部111判断从下部行走体10到坡面301的距离即从下部行走体10到边界线L3的距离是否在规定距离以下（S4）。如果从下部行走体10到坡面301的距离在规定距离以下（在S4为“是”），第一坡面角度计算部111就计算第一坡面角度θ1（S5）。另一方面，如果从下部行走体10到坡面301的距离大于规定距离（在S4为“否”），就结束处理。

其次，第二坡面角度计算部112，将在S6计算出的第一坡面角度θ1与在S1检测出的接地面角度θ0相加，计算第二坡面角度θ2（S6）。其次，相对角度计算部114计算下部行走体10的长度方向L0相对于坡面301的倾斜方向L1的相对角度α（S7）。

其次，状态判断部113判断是否为第二坡面角度θ2大于第一阈值并且相对角度α大于第二阈值（S8）。在第二坡面角度θ2大于第一阈值并且相对角度α大于第二阈值的情况下（在S8为“是”），状态判断部113判断液压挖掘机1处于不稳定状态（S9）。另一方面，在第二坡面角度θ2在第一阈值以下，或者，相对角度α在第二阈值以下的情况下（在S8为“否”），由于液压挖掘机1处于稳定状态，状态判断部113使处理结束。在S10，限制部115限制下部行走体10的行走动作。在这种情况下，限制部115可以禁止下部行走体10向不稳定状态的程度增大的方向行走的动作，并使下部行走体10向其它方向的行走的动作减速。

其次，警报装置130发出用于通知操作人员液压挖掘机1处于不稳定状态的警报（S11）。

如此，在本实施方式，计算不是以接地面SA为基准而是以水平面303为基准的情况下的坡面301的倾斜角度即第二坡面角度θ2，并计算下部行走体10相对于坡面301的倾斜方向的相对角度α。而且，在本实施方式，基于第二坡面角度θ2和相对角度α评价液压挖掘机1的状态。为此，本实施方式可以正确地判断正在倾斜的路肩302进行作业的液压挖掘机1的状态是否处于不稳定状态，可以预防液压挖掘机1的倾倒。

（变形例）

（1）在上述实施方式，利用形状传感器101检测出的形状数据来检测坡面301，但是本发明并不局限于此。液压挖掘机1也可以通过从存储器获取预先测量的形状数据，或者，从外部服务器通过通信获取形状数据的方式来检测坡面301。在这种情况下，第一坡面角度计算部111可以从图中省略的GPS传感器获取液压挖掘机1的当前位置，通过将液压挖掘机1的当前位置绘制到所获取的形状数据，根据形状数据来检测液压挖掘机1的周围的坡面301。

（2）在上述实施方式，作为动臂操作装置105、斗杆操作装置106、铲斗操作装置107、回转操作装置108以及行走操作装置109使用了电动杆装置，但是本发明并不局限于此，也可以使用输出与操作量相对应的先导压的液压杆装置。以下，将行走控制阀V10L以及行走控制阀V10R总称为行走控制阀，将一对行走电磁阀V5L以及一对行走电磁阀V5R总称为行走电磁阀进行说明。

在这种情况下，在行走控制阀的先导端口设置电磁切换阀。电磁切换阀，在正常动作时，将来自液压杆装置的先导压输入到行走控制阀的先导端口。另一方面，电磁切换阀，如果从限制部115被输入禁止信号，就遮断向先导端口输入先导压。由此，下部行走体10的行走动作被禁止。

而且，电磁切换阀，如果从限制部115被输入限制信号，就将来自行走电磁阀的先导压输入到先导端口。此时，与从液压杆装置输出的操作量相对应的先导压通过电磁切换阀被减压而输入到先导端口。由此，下部行走体10的行走动作被限制。

实施方式的总结

本发明的技术特征总结如下。

本发明的一实施方式涉及的监控装置，是监控具有长度方向的工程机械的状态的监控装置，所述工程机械具备沿着所述长度方向行走的下部行走体、相对于所述下部行走体可回转地构成的上部回转体、设置在所述上部回转体的作业装置，所述监控装置包括：获取部，获取表示所述工程机械的周围的地形的形状的形状数据；第一坡面角度计算部，基于所述形状数据计算坡面相对于所述工程机械的接地面的倾斜角度即第一坡面角度；倾斜传感器，检测所述接地面相对于水平面的倾斜角度即接地面角度；第二坡面角度计算部，将所述第一坡面角度与所述接地面角度相加，计算所述坡面相对于所述水平面的倾斜角度即第二坡面角度；相对角度计算部，计算所述下部行走体的长度方向相对于所述坡面的倾斜方向的相对角度；以及，状态判断部，在所述第二坡面角度大于第一阈值并且所述相对角度大于第二阈值的情况下，判断所述工程机械处于不稳定状态，并输出表示判断结果的判断信号。

根据该构成，获取表示工程机械的周围的地形的形状的形状数据，基于该形状数据计算坡面相对于工程机械的接地面的倾斜角度即第一坡面角度，将相对于工程机械的水平面的倾斜角度即接地面角度与该第一坡面角度相加计算坡面相对于水平面的倾斜角度即第二坡面角度。而且，在第二坡面角度大于第一阈值并且下部行走体的长度方向相对于坡面的倾斜方向的相对角度大于第二阈值的情况下，判断工程机械处于不稳定状态。

如此，在本构成，计算不是以接地面为基准而是以水平面为基准的情况下的坡面的倾斜角度即第二坡面角度，并计算下部行走体相对于坡面的倾斜方向的相对角度。而且，在本构成，基于第二坡面角度和相对角度判断工程机械是否处于不稳定状态。为此，本构成可以正确地判断在路肩倾斜的坡面正在进行作业的工程机械的状态是否处于不稳定状态。

在上述实施方式，优选，还包括警报装置，在从所述状态判断部输出的所述判断信号表示所述不稳定状态的情况下，发出警报。

根据该构成，通过在被判断为处于不稳定状态的情况下发出警报，可以预防工程机械的倾倒。

在上述实施方式，优选，还包括警报装置，限制部，在从所述状态判断部输出的所述判断信号表示所述不稳定状态的情况下，限制所述下部行走体的行走动作。

根据该构成，因为在被判断为处于不稳定状态的情况下限制下部行走体的行走，可以预防工程机械的倾倒。

在上述实施方式，优选，还包括回转传感器，检测所述上部回转体相对于所述下部行走体的回转角度即第一回转角度，其中，所述状态判断部，基于所述相对角度以及所述第一回转角度计算所述上部回转体的长度方向相对于所述坡面的倾斜方向的回转角度即第二回转角度，并随着所述第二回转角度变小而使所述第一阈值以及所述第二阈值之中的至少其中之一减小。

随着上部回转体的长度方向相对于坡面的倾斜方向的回转角度即第二回转角度变小，使工程机械向坡面侧倾倒的力矩就会增大。本构成，因为随着第二回转角度变小而使第一阈值以及第二阈值之中的至少其中之一减小，能够在考虑到第二回转角度的情况下更正确地判断工程机械是否处于不稳定状态。

在上述构成，优选，所述限制部，在通过所述状态判断部判断为所述不稳定状态的情况下，禁止所述下部行走体向所述不稳定状态的程度增大的方向行走的动作，允许所述下部行走体向所述不稳定状态的程度减少的方向行走的动作。

根据该构成，在通过状态判断部判断为处于不稳定状态的情况下，禁止下部行走体向不稳定状态的程度增大的方向行走的动作，允许下部行走体向不稳定状态的程度减少的方向行走的动作。为此，在可以预防工程机械的倾倒的同时还能进行使工程机械回避向不稳定状态的程度增大的场所移动的回避动作。

Claims (6)

1.一种监控装置，是监控具有长度方向的工程机械的状态的监控装置，所述工程机械具备沿着所述长度方向行走的下部行走体、相对于所述下部行走体可回转地构成的上部回转体、设置在所述上部回转体的作业装置，其特征在于，所述监控装置包括：

获取部，获取表示所述工程机械的周围的地形的形状的形状数据；

第一坡面角度计算部，基于所述形状数据计算坡面相对于所述工程机械的接地面的倾斜角度即第一坡面角度；

倾斜传感器，检测所述接地面相对于水平面的倾斜角度即接地面角度；

第二坡面角度计算部，通过将所述第一坡面角度与所述接地面角度相加，计算所述坡面相对于所述水平面的倾斜角度即第二坡面角度；

相对角度计算部，计算所述下部行走体的长度方向相对于所述坡面的倾斜方向的相对角度；以及，

状态判断部，在所述第二坡面角度大于第一阈值并且所述相对角度大于第二阈值的情况下，判断所述工程机械处于不稳定状态，并输出表示判断结果的判断信号。

2.根据权利要求1所述的监控装置，其特征在于还包括：

警报装置，在从所述状态判断部输出的所述判断信号表示所述不稳定状态的情况下，发出警报。

3.根据权利要求1或2所述的监控装置，其特征在于还包括：

限制部，在从所述状态判断部输出的所述判断信号表示所述不稳定状态的情况下，限制所述下部行走体的行走动作。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的监控装置，其特征在于还包括：

回转传感器，检测所述上部回转体相对于所述下部行走体的回转角度即第一回转角度，其中，

所述状态判断部，基于所述相对角度以及所述第一回转角度计算所述上部回转体的长度方向相对于所述坡面的倾斜方向的回转角度即第二回转角度，并随着所述第二回转角度变小而使所述第一阈值以及所述第二阈值之中的至少其中之一减小。

5.根据权利要求3所述的监控装置，其特征在于，

所述限制部，在通过所述状态判断部判断为所述不稳定状态的情况下，禁止所述下部行走体向所述不稳定状态的程度增大的方向行走的动作，允许所述下部行走体向所述不稳定状态的程度减少的方向行走的动作。

6.一种工程机械，其特征在于包括：

权利要求1至5中任一项所述的监控装置；

所述下部行走体；

相对于所述下部行走体可回转地构成的上部回转体，以及，

设置在所述上部回转体上的作业装置。

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